Extrait de la Lettre n°5 du Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)

1- La participation française à WOCE en Atlantique équatorial et sud. Les stations d'hydrologie et géochimie sont indiquées par des points en blanc, les lachers de flotteurs dérivants par des points en jaune.

2-Teneur en oxygène dissous (micromol kg^-1) le long de la radiale 7.5°N de la campagne CITHER1 réalisée en janvier-mars 1993.

3 - Teneur en Chlorofluorométhane 11 (µmol kg^-1) à 1600 mètres dans l'Atlantique équatorial en 1983 (campagne TTO) en trait pointillé, et en 1993 (campagne CITHER1) en trait plein.

4 - Simulation de la pénétration des fréons en Atlantique. (Contact: Laurent Mémery/LODYC)





5 - Transports des eaux dans la couche de surface directement forcées par le vent, à travers les radiales 7.5°N et 4.5°S, présentés en fonction de la température potentielle (l'échelle est nonlinéaire).




6 - Trajectoires de 20 flotteurs MARVOR lâchés en février 1994 et suivis durant 18 mois.

7 - Le franchissement de la dorsale médio-atlantique par les eaux antarctiques de fond (froides).

L'expérience WOCE (World Ocean Circulation Experiment) a été conçue pour acquérir une base de données représentative de l'état actuel de l'océan et décrire sa circulation générale. Ceci permettra de valider les modèles de circulation océanique utilisés pour étudier les fluctuations du climat et d'identifier le réseau de mesure qui mettra en évidence les changements à long terme de l'océan.

La phase expérimentale de WOCE a commencé en 1990 et s'est terminée en 1997. Plusieurs laboratoires français y sont impliqués en coopération internationale. La participation française sur le terrain est essentiellement composée de programmes expérimentaux dans l'Océan Atlantique équatorial et sud et dans l'Océan Indien. Elle représente environ 10% de l'effort global pour l'hydrologie et les flotteurs dérivants. Nous proposons d'illustrer ici certains des résultats obtenus lors des campagnes dans l'Atlantique.
L'Atlantique équatorial et sud est le lieu de rencontre de masses d'eaux profondes originaires des régions boréales de l'Atlantique Nord et de masses d'eaux intermédiaires et de fond originaires de l'Antarctique. Ces masses d'eaux et leurs mouvements respectifs sont la signature de la circulation générée par les flux de chaleur et les flux de masse. L'intensité particulière de la circulation thermohaline dans l'Atlantique sud est à l'origine d'un flux méridien de chaleur anormal dans cet océan puisque dirigé du pôle sud vers l'équateur (le transport de chaleur se faisant en général des régions chaudes vers les régions froides). Un des buts recherchés est la reconstruction de la circulation qui devrait permettre d'expliquer cette situation particulière.

Les différents projets en Atlantique
La participation française à WOCE dans l'Atlantique est constituée de cinq projets expérimentaux complémentaires : CITHER, CONFLUENCE, ETAMBOT, ROMANCHE et SAMBA (figure 1). Le projet CITHER a permis de réaliser entre 1993 et 1995 cinq sections d'hydrologie et de géochimie pour une description à grande échelle des champs physico-chimiques et la quantification des transports, tandis que les flotteurs dérivant lâchés dans l'Eau Antarctique Intermédiaire (vers 800 m) dans le cadre de l'expérience SAMBA donnent accès aux champs de vitesse absolue et de diffusion horizontale. CONFLUENCE et ETAMBOT s'intéressent pour leur part à la circulation dans deux régions très énergétiques du domaine, la confluence des courants du Brésil et des Malouines et le bord Ouest de l'Atlantique équatorial. ROMANCHE enfin, a été conçue pour quantifier les échanges d'eau de fond entre les bassins Ouest et Est, de part et d'autre de la dorsale médio-Atlantique, ainsi que l'effet de la bathymétrie sur le mélange vertical de ces eaux de fond. Certains résultats préliminaires de ces campagnes sont présentés ici.

Ecoulement des eaux profondes de la mer du Labrador
Les "traceurs géochimiques" permettent d'identifier l'origine des différentes masses d'eau.

L'oxygène dissous
Les eaux de surface s'oxygènent au contact de l'air. En alimentant les eaux plus profondes elles se coupent de cette source et leur teneur en oxygène dissous diminue, par suite de mélange et de la consommation liée à l'activité biologique. Le champ d'oxygène dissous le long de la section d'hydrologie 7.5°N réalisée dans le cadre de la campagne CITHER 1 (figure 2) met en évidence sur le bord Ouest, entre 1600 mètres et le fond, des eaux fortement oxygénées (en jaune) qui sont transportées vers le Sud, par un courant profond de bord Ouest, à partir de leur région de formation en mers du Labrador, du Groenland et de Norvège. Sur cette figure le minimum d'oxygène observé près du bord Est vers 400 m de profondeur (en bleu) est d'origine biologique et lié aux remontées d'eaux froides forcées par les alizés (up-welling).

Les fréons
Les chlorofluorométhanes (CCl3F et Cl2F2), communément appelés fréon 11 et fréon 12, sont des composés gazeux, solubles dans l'eau de mer. Ils ont été introduits dans l'atmosphère depuis les années 1950 par les activités humaines et ils pénètrent progressivement dans l'océan. Ils sont généralement cantonnés dans les eaux superficielles, au travers desquelles ils diffusent lentement. Cependant, ils sont aussi entraînés à grande profondeur dans les zones de convection de l'océan Atlantique, là où est généré le flux d'eau froide de la circulation thermohaline. Ces marqueurs permettent ainsi de suivre les masses d'eau depuis le moment où elles ont perdu tout contact avec l'atmosphère lors de leur plongée vers l'océan profond et de mesurer la vitesse de leur déplacement.
Les analyses hydrologiques et les mesures de fréons, réalisées lors de la campagne CITHER 1 ont permis d'obtenir la couverture du bassin Atlantique équatorial suivant deux sections méridiennes situées à 35°W et à 4°W, ainsi que deux sections zonales positionnées de part et d'autre de l'équateur à 4°30 S et à 7°30 N (radiales WOCE A7 et A6). Près de 200 stations ont été échantillonnées sur 32 niveaux avec une limite de détection de l'ordre de 0,002 µmol kg^-1 pour les deux fréons. La précision des mesures ainsi effectuées permet la détermination des âges et des taux de dilution apparents des masses d'eaux dans l'océan Atlantique équatorial.
La section zonale effectuée à 4°30'S montre des concentrations élevées de fréons dans les eaux superficielles. Celles-ci décroissent régulièrement en fonction de la profondeur dans les 800 premiers mètres d'eau. Au delà, dans le bassin occidental notamment, on observe la présence de deux masses d'eaux profondes déjà chargées en fréons. Celles-ci témoignent de leur formation récente par convection dans les hautes latitudes et d'un transport rapide vers les basses latitudes. Centrée autour de 1600 m, l'Eau Profonde Nord Atlantique Supérieure est originaire de la mer du Labrador; elle s'étend jusque dans le bassin oriental de l'Atlantique; sa progression vers l'est est indiquée entre 1983 et 1993 (figure 3). Vers 3800 m, l'Eau Profonde Nord Atlantique Inférieure s'est formée en mer de Norvège et du Groenland. Elle est passée dans l'océan Atlantique par débordement, principalement au niveau du seuil du détroit du Danemark. Son extension vers l'est est limitée par la dorsale médio-atlantique. Cependant, l'existence de cellules isolées, plus riches en fréons, dans le bassin oriental témoigne des échanges entre les deux bassins par des cellules de recirculation. Au voisinage du fond, à l'approche du continent sud-américain, l'eau Antarctique de fond, jeune et déjà polluée par les fréons, est clairement mise en évidence.
L'utilisation du rapport fréon 11/fréon 12 a permis d'estimer que la vitesse apparente de propagation de l'Eau Profonde Nord Atlantique vers l'Est le long de l'équateur, est voisine de 1,5 cm/s. Jusqu'à présent, cette valeur n'avait pu être évaluée par des mesures directes de courant. Elle est confirmée par la comparaison des données de la campagne CITHER 1 avec celles de la campagne américaine TTO, effectuée dans la même zone dix ans auparavant.
Les mesures du champ de fréon à l'équateur ont ainsi mis en évidence une progression vers l'Est de l'Eau Profonde Nord Atlantique Supérieure, originaire de la mer du Labrador. Leur pénétration est simulé dans le modèle OPA du LODYC (figure 4).

Flux de chaleur Sud-Nord dans l'Atlantique
La circulation thermohaline est associée à un transport méridien de chaleur résultant du flux superficiel d'eau chaude (de température supérieure à 4°C) dirigé vers le Nord, équilibré par un flux d'eau froide (de température inférieure à 4°C) en profondeur, dirigé vers le Sud. Les transports des masses d'eaux franchissant les radiales hydrologiques à 7.5°N et 4.5°S (figure 5) ont été déterminés par une inversion des données. Le flux de chaleur méridien à travers la section 4.5°S est de 1,2 PW (1 PW = 1015 W) vers le nord et de 1,4 PW à travers la section 7.5°N. L'augmentation du flux de chaleur méridien entre la section Sud et la section Nord s'explique par l'apport de chaleur de l'atmosphère à l'océan dans la bande équatoriale qui, lors de la campagne, était de l'ordre de 30 Wm^-2.

Remontée de l'Eau Antarctique Intermédiaire
Les trajectoires des flotteurs de l'expérience SAMBA révèlent les mouvements de l'Eau Antarctique Intermédiaire (EAAI) vers 800 m (figure 6). Au Sud de la chaîne des monts sous-marins Vitoria-Trindade (vers 21°S), l'EAAI est advectée lentement (quelques cm s^-1) mais inexorablement vers les côtes brésiliennes, probablement par l'anticyclone subtropical. Au Nord de 27¡S et pratiquement jusqu'à l'équateur, les flotteurs révèlent la présence d'un courant de bord ouest intermédiaire, collé au talus continental, qui advecte l'EAAI rapidement (10 à 50 cm s^-1) vers la zone équatoriale. Dans l'intérieur de la région subéquatoriale (au nord de 21¡S et au sud de 5¡S), la circulation de l'EAAI présente au contraire un caractère très diffusif: il n'y a pas de courant moyen après 1,5 an de trajectoires.

Remontée des eaux de fond antarctiques vers le nord
La marque de l'Eau Antarctique de fond est visible le long du plateau continental de l'Amérique du Sud à une profondeur supérieure à 4000 mètres. Cette eau est reconnaissable non seulement par ses caractéristiques physiques, mais aussi par son enrichissement en fréons, parce qu'elle est formée d'un mélange d'eau profonde et d'eau superficielle ayant plongé en mer de Weddell.
A l'approche de l'équateur, une partie de cette eau bifurque vers l'Est et franchit la dorsale médio-Atlantique en empruntant les zones de fracture Romanche et Chain. Ce passage correspond à une véritable cascade d'eau froide qui se déverse d'une hauteur d'environ 1000 mètres de haut. Un mélange turbulent intense (figure 7) dont l'ordre de grandeur est trois fois supérieur à celui prédit pour l'intérieur de l'océan se produit lors de la descente de cette eau vers le fond du bassin Est. Ces observations semblent indiquer que le mélange vertical se produit de manière préférentielle près des accidents topographiques. Cela devra être pris en compte dans les modèles numériques.

Conclusion
Toutes les données recueillies au cours de nos campagnes seront utilisées conjointement avec les autres données de WOCE pour établir dans les prochaines années une synthèse de la circulation, en utilisant des modèles diagnostiques inverses. Une illustration des modélisation en cours est présentée dans l'article "Modélisation de la circulation dans l'atlantique sud: le projet MOCA", ainsi que dans la figure 3.

Contact :
Herlé Mercier
Laboratoire de Physique des Océans
Unité Mixte de Recherche CNRS/IFREMER/UBO
IFREMER centre de Brest
BP 70
29280 Plouzané

WOCE/France - Rapport d'activité 1998